一種低成本電子測速儀表的設(shè)計

摘要：利用常見主要集成電路，設(shè)計了一種電機轉(zhuǎn)速測量儀表并提出相應的測速算法；還設(shè)計了轉(zhuǎn)速信號處理電路，將脈沖信號轉(zhuǎn)化為標準的TTL電平，并通過74LS160寄存器將轉(zhuǎn)速信號顯示在LED上。該電子測速儀表具有線路簡單、成本低、安裝調(diào)試方便和節(jié)省空間等特點，尤其是在簡易工業(yè)系統(tǒng)中測量小型電機轉(zhuǎn)速上有明顯的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：電子測速儀表；光電碼盤；常用集成電子器件

0 引言
轉(zhuǎn)速是各類旋轉(zhuǎn)機械和電機運行中的一個重要物理量，在各種技術(shù)測試和監(jiān)控中需要對其進行精確的測量。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種轉(zhuǎn)速測量方法不斷涌現(xiàn)。不同的測速方法，一般測量原理或者測量工具存在差異。目前國內(nèi)外常用的測速方法有光電碼盤測速法、霍爾元件測速法、離心式轉(zhuǎn)速表測速和振動測速法。本文將介紹一種基于光電碼盤的測速法，采用常用主要集成電路器件，設(shè)計了一種低成本、實時性好、簡便易行、耗時短的電機速度測量儀表，并且希望本測速儀表在工業(yè)中獲得較好的應用。

1 測速原理
本文介紹的方法是通過測出轉(zhuǎn)速信號的頻率或周期來測量電機轉(zhuǎn)速的一種無接觸測速法。采用光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機的轉(zhuǎn)動，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接收光，接收到光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為l，測量時間為t，測量到的脈沖數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速n=(N／t*l)*60。這里，碼盤圓周上進行等分等寬的透光條碼和遮光條碼，遮光條碼數(shù)為60，以保證脈沖頻率與轉(zhuǎn)速數(shù)值相等。

2 測速儀表的電路設(shè)計
選用NE555、74LS123、74LS160、LF347等主要集成電路制作電機測速儀表，整個儀表的電路圖包括測速電路及整形電路、轉(zhuǎn)換電路、定時電路及顯示電路等，系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖如圖1所示。

若編碼數(shù)為l，測量時間為t，測量到的脈沖數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速n=(N／t*l)*60。測速時，①、②端(波形相同，幅度不同)不斷輸出方波，當③端波形為高電平時，數(shù)碼管不斷閃爍0，而在③端波形為低電平時，計數(shù)器保持，數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)就是所測電機的轉(zhuǎn)速n。在③端的脈沖上升沿時，由④端輸出一個負脈沖使計數(shù)器復位，并開始下一次采樣計數(shù)。要注意的是④端的復位信號的持續(xù)時間要遠小于①、②端的脈沖周期，復位信號持續(xù)時間為3～4μs，不影響測速精度。本儀表中各器件參數(shù)已經(jīng)過調(diào)試，測速波形圖如圖2所示。